นักวิทยาศาสตร์เริ่มค้นหาซิลิคอนควอนตัมคอมพิวเตอร์

นักวิทยาศาสตร์เริ่มค้นหาซิลิคอนควอนตัมคอมพิวเตอร์

jumbo jili

นักวิทยาศาสตร์ที่ Sandia National Laboratories ในอัลบูเคอร์คี ได้เริ่มความพยายามสามปีที่อาจให้ผลผลิตซิลิคอนควอนตัมบิตตัวแรกของโลก ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต การสร้าง “qubit” จากเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายนี้สามารถปูทางไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงโดยอนุญาตให้มีการก่อสร้างโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่และการรวมเข้ากับคอมพิวเตอร์ทั่วไป

สล็อต

นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากรู้สึกตื่นเต้นอย่างมากเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม ปัญหาบางอย่างรักษาไม่ได้สำหรับคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น การแยกตัวประกอบตัวเลข 300 หลัก อาจทำให้แล็ปท็อปของคุณใช้เวลานานหลายสิบปี แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถไขปัญหาเดียวกันนี้ได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงหรือเป็นวัน Malcolm Carroll ผู้ตรวจสอบหลักของโครงการซิลิกอนคิวบิตกล่าว
นั่นเป็นเพราะคอมพิวเตอร์ควอนตัมเข้ารหัสข้อมูลในลักษณะที่แตกต่างไปจากที่แล็ปท็อปของคุณทำโดยสิ้นเชิง ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป ทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนสวิตช์ โดยจะเปิดหรือปิดก็ได้ บิตที่เข้ารหัสโดยสถานะของทรานซิสเตอร์นั้นไม่มีร่วมกัน—1 หรือ 0 ใช่หรือไม่ใช่ จริงหรือเท็จ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานต่างกัน จุดควอนตัม ซึ่งเป็นแอนะล็อกกับทรานซิสเตอร์ในรูปแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม ดักอิเล็กตรอนและวัดคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่า “สปิน” ทิศทางของการหมุนนั้นสามารถขึ้น ลง หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน สถานะที่เรียกว่า “การซ้อน” การวัดเหล่านี้คล้ายคลึงกับ 1, 0 และการทับซ้อนของ 1 และ 0
Qubits เป็นกุญแจสำคัญในความสามารถทางทฤษฎีของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าคู่แข่งแบบเดิมอย่างสิ้นเชิง แม้ว่าจะขึ้น ลง และทั้งสองดูเหมือนจะเป็นสามทางเลือก แต่ก็ไม่ใช่ “คิดเป็นเปอร์เซ็นต์” แคร์โรลล์กล่าว ” เพิ่มขึ้นสิบเปอร์เซ็นต์และลดลง 90 เปอร์เซ็นต์ หรือเพิ่มขึ้นร้อยละ 20 และลดลงร้อยละ 80 หรือเพิ่มขึ้นร้อยละ 50 และลดลงร้อยละ 50 ชุดค่าผสมใด ๆ ก็ได้ที่เปอร์เซ็นต์ใด ๆ ดังนั้นจึงไม่ใช่สามตัวเลือก แต่มีความเป็นไปได้ที่เกือบจะไม่มีที่สิ้นสุด”
สปินเป็นหนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการอ่านและเข้ารหัสข้อมูลในคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่การวัดผลเป็นงานที่ละเอียดอ่อน เพราะมันอาจถูกรบกวนได้ง่าย การหมุนของ qubit ไม่ใช่นิรันดร์ มันจะเปลี่ยนทิศทางอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ กระบวนการที่เรียกว่า อยู่ที่ว่ามันจะเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน “การทำงานกับ qubits เป็นการแข่งกับเวลา” Mark Eriksson ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ University of Wisconsin?Madison ผู้ทำงานร่วมกันในโครงการกล่าว “เป็นเพียงคำถามว่าสิ่งต่างๆ ผิดพลาดได้เร็วเพียงใด เมื่อเทียบกับสิ่งที่คุณต้องทำได้เร็วเพียงใด” นักวิจัยมักจะมองหาวิธีที่จะป้องกันการถอดรหัสเพื่อดึงช่วงเวลาที่ข้อมูลสามารถเข้ารหัสและดำเนินการได้
ลักษณะที่หายวับไปของ qubit แบบสปินนั้นประกอบขึ้นด้วยปัญหาอื่น: คุณสามารถสร้างจุดควอนตัมได้กี่จุด แมทธิว เพลตัน นักวิจัยจาก Argonne National Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์กล่าวว่า “ด้วยครั้งละหนึ่งหรือสอง qubits คุณไม่สามารถคำนวณได้อย่างชาญฉลาด” ชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้ต้องการหลายร้อยหรือหลายพันตัว สำหรับการบูรณาการแบบนั้น เขากล่าวว่า “คุณจะต้องสร้างจุดควอนตัมในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์” เป็นเวลาหลายปีที่นักวิจัยพยายามทำอย่างนั้น จากนั้นในปี 2548 คิวบิตแบบจุดควอนตัมตัวแรกถูกสร้างขึ้นในแกลเลียม อาร์เซไนด์ ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่แปลกใหม่
แต่มีปัญหาพื้นฐานเกี่ยวกับคิวบิตในแกลเลียมอาร์เซไนด์: การหมุนของนิวเคลียสของอะตอมของวัสดุส่งผลต่อสถานะของการหมุนของควิบิต สปินนิวเคลียร์เหล่านี้ “ติด” สปินของ qubit ทำให้เปลี่ยนทิศทางและอาจทำให้การคำนวณที่เกี่ยวข้องเสียหาย
Carroll คิดว่าวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับงานนี้คือซิลิกอน แม้ว่าจุดควอนตัมจะแสดงให้เห็นในซิลิคอนในช่วงสองปีที่ผ่านมา Eriksson กล่าวว่า “ไม่มีใครเคยวัดการหมุนในจุดควอนตัมของซิลิคอน” Lieven Vandersypenเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ Delft University of Technology ในเนเธอร์แลนด์ ซึ่งผลงานวิจัยล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในนิตยสาร Science เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว แสดงให้เห็นถึงการจัดการคิวบิตอิเล็กตรอนในแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่ประสบความสำเร็จ เขากล่าวว่าอุปสรรคสำคัญต่อ qubits ของการหมุนด้วยซิลิกอนคือคุณภาพของจุด ”ยังไม่ดีพอ” แคร์โรลล์ออกไปเปลี่ยนสิ่งนั้น
แทนที่จะใช้ซิลิกอนที่พบในไมโครชิปมาตรฐานซึ่งทำจากส่วนผสมของไอโซโทปซิลิกอนที่แตกต่างกัน กลุ่มของ Carroll จะใช้ซิลิกอน-28 บริสุทธิ์ทางไอโซโทป ซึ่งเป็นเพราะสมดุลอย่างสมบูรณ์ของนิวตรอน 14 นิวตรอนและ 14 โปรตอน มีสปินนิวเคลียร์ของ ศูนย์. พวกเขากำลังธนาคารว่าเป็นพันธมิตรในการแข่งขันกับนาฬิกา ไม่มีการรบกวนกับการหมุนของ qubit ที่ซื้อเวลาอันมีค่าของนักวิจัยในการดำเนินการก่อนที่จะมีการถอดรหัสที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ข้อมูลที่เข้ารหัสใน qubits ยังคงสามารถอ่านได้อีกต่อไป
Sandia ให้ความสำคัญกับความจริงที่ว่าการสร้างซิลิกอน qubit จะทำให้เทคโนโลยีตั้งไข่ได้รับการสนับสนุนอย่างมาก “มันทำให้วงจรซิลิกอนขนาดใหญ่และกล่องเครื่องมือการประดิษฐ์พร้อมใช้งานอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน” แคร์โรลล์กล่าว
นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรในสวิตเซอร์แลนด์และแคลิฟอร์เนียได้คิดค้นเทคนิคที่สามารถเปิดเผยการออกแบบ 3 มิติของไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยโดยไม่ทำลายมัน
โดยทั่วไปแล้วในปัจจุบันวิศวกรรมย้อนกลับดังกล่าว เป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลามาก ซึ่งต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการเอาชั้นเชื่อมต่อที่มีความหนาหลายนาโนเมตรของชิปแต่ละตัวออก และทำแผนที่โดยใช้ลำดับชั้นของเทคนิคการถ่ายภาพที่แตกต่างกัน ตั้งแต่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสำหรับคุณสมบัติที่ใหญ่ขึ้นไปจนถึงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสำหรับขนาดเล็กที่สุด คุณสมบัติ.
ผู้ประดิษฐ์เทคนิคใหม่ที่เรียกว่าptychographic X-ray laminographyกล่าวว่าสามารถใช้โดยนักออกแบบวงจรรวมเพื่อตรวจสอบว่าชิปที่ผลิตขึ้นตรงกับการออกแบบของพวกเขาหรือโดยหน่วยงานของรัฐที่เกี่ยวข้องกับ ” สวิตช์ฆ่า ” หรือโทรจันฮาร์ดแวร์ที่อาจแอบแฝง เพิ่มไปยังไอซีที่พวกเขาพึ่งพา

สล็อตออนไลน์

Anthony FJ Leviศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์จาก University of Southern California กล่าวว่า “เป็นวิธีเดียวในการทำวิศวกรรมย้อนกลับแบบไม่ทำลายของชิปอิเล็กทรอนิกส์—[และ] ไม่ใช่แค่วิศวกรรมย้อนกลับ แต่ยังรับประกันว่าชิปนั้นผลิตขึ้นตามการออกแบบ” ที่นำทีมแคลิฟอร์เนีย “คุณสามารถระบุโรงหล่อ แง่มุมของการออกแบบ ใครเป็นผู้ออกแบบ มันเหมือนกับลายนิ้วมือ”
เทคนิคใหม่คือการปรับปรุงเกี่ยวกับเทคโนโลยีเปิดเผยโดยทีมเดียวกันในปี 2017 ที่เรียกว่าptychographic คำนวณย์ กระบวนการนั้นใช้ลำแสงเอ็กซ์เรย์ที่สอดคล้องกันจากซินโครตรอนเพื่อให้แสงสว่างแก่เสาขนาด 10 ไมโครเมตรที่ถูกตัดออกจากส่วนที่เหลือของชิป จากนั้นทีมงานได้บันทึกว่ารังสีเอกซ์เลี้ยวเบนและกระจายออกจากเสาอย่างไรในมุมต่างๆ และคำนวณว่าโครงสร้างภายในต้องเป็นอย่างไรจึงจะสร้างรูปแบบดังกล่าวได้
ด้วยเทคนิคใหม่นี้ “เห็นได้ชัดว่าเป้าหมายคือเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ต้องทำการตัดใดๆ เลย” Gabriel Aeppliหัวหน้าแผนกวิทยาศาสตร์โฟโตนิกส์ที่ Paul Scherrer Institut e (PSI) ในสวิตเซอร์แลนด์และศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ Swiss Federal อธิบาย สถาบันเทคโนโลยีในซูริกและโลซาน ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัย “ชิปสมัยใหม่ที่มีทรานซิสเตอร์นับพันล้านตัวมีขนาดใหญ่กว่า 10 ไมครอน” กลุ่มต้องการเทคโนโลยีเดียวที่จะช่วยให้พวกเขาถ่ายภาพทั้งชิปและซูมเข้าในจุดสนใจได้ด้วย
เทคนิคก่อนหน้านี้จำเป็นต้องใช้เสาหลัก เพราะการพยายามมองทะลุเศษทั้งหมดโดยเอาขอบเข้าไป จะดูดซับรังสีเอกซ์มากเกินไปเพื่อสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่มีประโยชน์ แต่การถ่ายภาพรังสีเอกซ์ผ่านชิปในมุมหนึ่งจะสร้างภาพตัดขวางที่เล็กพอ อย่างไรก็ตาม ยังทำให้เกิดช่องว่างในข้อมูล ข้อมูลบางส่วนนั้นสามารถฟื้นคืนมาได้โดยการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับสิ่งที่คุณกำลังดูอยู่ Aeppli อธิบาย ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่าการเชื่อมต่อถึงกันที่แท้จริงไม่สามารถมีรูปร่างที่แน่นอนได้
การหามุมที่เหมาะสมสำหรับรังสีเอกซ์ ซึ่งกลายเป็น 61 องศา เป็นเรื่องของการดูดซับและการสูญเสียข้อมูลอย่างสมดุล Aeppli กล่าว
ในเทคนิคใหม่นี้ ชิปเปล่าจะถูกขัดให้มีความหนา 20 ไมโครเมตร แล้ววางลงบนแท่นสแกนที่มุมเอียง 61 องศา จากนั้นเวทีจะหมุนชิปในขณะที่ลำแสงเอ็กซ์เรย์โฟกัสไปที่มัน กล้องนับโฟตอนได้รับรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้น ทีมงานใช้เทคนิคนี้ในโหมดความละเอียดต่ำเพื่อสแกนพื้นที่ขนาด 300 x 300 ไมโครเมตรภายใน 30 ชั่วโมง จากนั้นจึงใช้ซูมเข้าในส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 ไมโครเมตรเพื่อสร้างภาพ 3 มิติที่มีความละเอียด 18.9 นาโนเมตร ซึ่งต้องใช้เวลาอีก 60 ชั่วโมง นักวิจัยสามารถใช้โหมดความละเอียดสูงเพื่อระบุส่วนต่างๆ ของวงจรอินเวอร์เตอร์แต่ละตัวในชิปที่ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีโหนดขนาด 16 นาโนเมตร

jumboslot

กล้องจุลทรรศน์เคลือบบัตรเครื่องแรกที่ออกแบบโดยMirko Hollerของ PSI สามารถถ่ายภาพได้สูงสุด 12 x 12 มม. ซึ่งสามารถรองรับชิปจำนวนมากได้อย่างง่ายดาย เช่น โปรเซสเซอร์ iPhone Apple A12แต่ไม่ใหญ่พอสำหรับNvidia Volta GPUทั้งหมด แม้ว่ากลุ่มที่ผ่านการทดสอบเทคนิคบนชิปทำโดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 16 นาโนเมตรก็จะสามารถที่จะจัดการกับความสะดวกสบายที่ทำใหม่โดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 7 นาโนเมตรที่ระยะทางขั้นต่ำระหว่างบรรทัดโลหะอยู่ที่ประมาณ35-40 นาโนเมตร
นักวิจัยกล่าวว่าเทคนิคการเคลือบบัตรในอนาคตอาจมีความละเอียดเพียง 2 นาโนเมตรหรือลดเวลาในการตรวจสอบความละเอียดต่ำของส่วนขนาด 300 x 300 ไมโครเมตรนั้นให้เหลือน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมง
การปรับปรุงเหล่านี้จะมาจากแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนรุ่นใหม่ ซินโครที่ PSI ถือว่าเป็น 3 RDเครื่องรุ่น แต่ 4 THเครื่องรุ่นอยู่แล้วเริ่มต้นขึ้นเช่นสวีเดน MAX IV ด้วยโฟตอนเอ็กซ์เรย์ที่ไหลผ่านชิปที่สูงขึ้น ระบบสามารถรวบรวมข้อมูลที่ใช้งานได้มากขึ้นต่อหน่วยเวลา นำไปสู่ความละเอียดที่สูงขึ้นและการประมวลผลที่รวดเร็วขึ้น “เรากำลังดูการปรับปรุง 1,000 ถึง 10,000 ในอีกห้าหรือหกปีข้างหน้าในแง่ของพิกเซลที่เรารวบรวมต่อหน่วย [ของ] เวลา” Aeppli กล่าว
Ptychographic X-ray laminography สามารถเร่งความเร็วได้อีกโดยเริ่มจากข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับชิป การรู้กฎการออกแบบล่วงหน้าช่วยให้ระบบสามารถสรุปสิ่งที่มองเห็นได้ด้วยโฟตอนน้อยลง อันที่จริง Aeppli สงสัยว่าการใช้เทคโนโลยีหลักอย่างหนึ่งคือการมองหาความเบี่ยงเบนจากการออกแบบที่อาจบ่งบอกถึงข้อผิดพลาดในการผลิตหรือสิ่งที่น่ากลัวกว่านั้น
“การมองหาความเบี่ยงเบนจากการออกแบบเป็นปัญหาที่ง่ายกว่าการทำวิศวกรรมย้อนกลับทั้งการออกแบบ” เขากล่าว ทีมงานเห็นว่า “ได้รับความสนใจอย่างมากจาก [สหรัฐอเมริกา] ในด้านความมั่นคงของชาติ”
อย่างไรก็ตาม Aeppli คาดหวังให้ผู้ผลิตชิปใช้เทคนิคการเคลือบบัตรด้วยเช่นกัน “ทุกภูมิภาคที่มีโรงหล่อชิปรายใหญ่อยู่ใกล้ ๆ ก็มีแล็บระดับชาติที่มีซินโครตรอน ” เขาชี้ให้เห็น
Aeppli ลีวายส์และทีมงานของพวกเขาได้รายงานเทคนิคในสัปดาห์นี้ในธรรมชาติอิเล็กทรอนิคส์
CERN ได้เปิดประตูสู่สาธารณชนในโอกาส วันเปิดซึ่งเป็นโอกาสพิเศษที่จะได้เห็นการทำงานอันน่าทึ่งที่เกิดขึ้นเบื้องหลังขององค์กรที่มีเอกลักษณ์ซึ่งมีภารกิจคือการตอบคำถามพื้นฐานของจักรวาล ผู้เยี่ยมชมมากกว่า 75,000 คนทุกวัยและทุกภูมิหลังมาที่จุดเยี่ยมชมหลายแห่งของ CERN โดยมีกิจกรรมมากกว่า 100 กิจกรรม นำโดยอาสาสมัครที่อุทิศตนและกระตือรือร้น 3,000 คนที่กระตือรือร้นที่จะแบ่งปันความมหัศจรรย์ของสถานที่ทำงานที่ไม่เหมือนใครแห่งนี้
CERN เป็นศูนย์วิจัยฟิสิกส์อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นสถานที่ที่น่าทึ่ง ด้วยเครื่องเร่งความเร็ว เครื่องตรวจจับ โครงสร้างพื้นฐานด้านการประมวลผล และการทดลองมากมายที่ใช้เพื่อการวิจัยต้นกำเนิดของจักรวาลของเรา การเห็นด้วยตนเองเป็นวิธีเดียวที่จะเข้าใจและตระหนักถึงความยิ่งใหญ่ของสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่ ตามธรรมเนียมแล้ว เรามีผู้เยี่ยมชมมากกว่า 110,000 คนต่อปีที่ CERN ซึ่งมีจำนวนเพิ่มขึ้นตลอดเวลา เป็นสถานที่ยอดนิยมที่จะเยี่ยมชมได้ตลอดเวลาเนื่องจากการจัดอันดับบน Tripadvisor ยืนยัน

slot

ทุก ๆ ห้าปี CERN เข้าสู่ช่วง ‘การปิดระบบเป็นเวลานาน’ สำหรับงานอัปเกรดและบำรุงรักษาที่จำเป็น ซึ่งจะใช้เวลาหลายเดือน และนี่เป็นโอกาสที่ดีที่จะเปิด CERN สู่สาธารณะด้วย ‘วันเปิดทำการ’ เพื่อให้ผู้คนได้เห็น สัมผัส และ รวมสิ่งที่วิทยาศาสตร์ในระดับนี้ดูเหมือนจริง หัวข้อของวันเปิดทำการเหล่านี้คือ “สำรวจอนาคตไปพร้อมกับเรา” โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ผู้มาเยี่ยมชมมีส่วนร่วมกับวิธีที่เราทำงานที่ CERN มีส่วนร่วมกับพวกเขาในกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ความพยายามของมนุษย์ที่ขับเคลื่อนด้วยค่านิยมของการเปิดกว้าง ความหลากหลาย และการทำงานร่วมกันอย่างสันติ

This entry was posted in Slot and tagged , , , , , , , . Bookmark the permalink.